器件的驅(qū)動(dòng)PPT課件

1、電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述 驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口 性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。（縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有重要意義。 器件的驅(qū)動(dòng)電路除完成驅(qū)動(dòng)功能外，往往還完成故障保護(hù)和電氣隔離。9.1.1第1頁(yè)/共25頁(yè)9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器,用于數(shù)十khz以下 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器,最高可達(dá)幾MHZERERERa)b)c)UinUoutR1IC

2、IDR1R1圖9-1 光耦合器的類(lèi)型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型第2頁(yè)/共25頁(yè)9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。分類(lèi)分類(lèi)第3頁(yè)/共25頁(yè)晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門(mén)限觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路滿足下列要求：9.1.

3、2 1. 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。對(duì)感性和反電勢(shì)負(fù)載用寬觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。對(duì)感性和反電勢(shì)負(fù)載用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于60度或采用相隔度或采用相隔60度的雙窄度的雙窄脈沖。脈沖。 2. 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對(duì)戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對(duì)戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件觸發(fā)電流的大為器件觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達(dá)倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達(dá)1-2A/us。 3. 不超過(guò)門(mén)極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。不超過(guò)門(mén)極電壓、電流和

4、功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 4. 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。第4頁(yè)/共25頁(yè)晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 可控硅常見(jiàn)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路： b1端高壓V1通-V2導(dǎo)通脈沖變壓器初級(jí)電流通過(guò)脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上正下負(fù)）VD2導(dǎo)通通過(guò)R4限流輸出正脈沖 b1端低電平V1截止V2截止TM脈沖變壓器初級(jí)經(jīng)過(guò)R3和VD，構(gòu)成反方向電流通過(guò)脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上負(fù)，下正）VD2截止無(wú)脈沖輸出圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（光耦通電流V2導(dǎo)通V3截止V4通V5通，V6截止通過(guò)C2，R5

5、在GTR基極加入脈沖電流 A端低電平光耦不通V2截止V3導(dǎo)通V4，V5截止V6導(dǎo)通通過(guò)VD4，R5，GTR基極反向抽流，加速GTR截止圖9-7GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路9.1.3VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2第7頁(yè)/共25頁(yè)典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路2. 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件 電力MOSFET和IGBT的柵射極之間都有數(shù)百至數(shù)千皮法的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。 MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電壓一般取10-15V。IGBT取15-2

6、0V 關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（-5 -15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。9.1.3電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路A+-MOSFET20 V20 VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1- VCC+ VCC第8頁(yè)/共25頁(yè)典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路9.1.3 圖中A為高速放大器，V2和V3構(gòu)成圖騰柱輸出驅(qū)動(dòng)電路。背靠背反串穩(wěn)壓管用于MOSFET門(mén)極保護(hù)。 工作原理分析如下： Ui無(wú)信號(hào)V1截止放大器A輸出負(fù)電平V3通MOSFET柵極反向抽流，加速關(guān)斷 Ui有信號(hào)光耦通V1通放大器輸出正電平V2通+Vcc-V2-R2

7、構(gòu)成通路向MOSFET柵極充電，加速M(fèi)OSFET導(dǎo)通 實(shí)際應(yīng)用如功率器件的用量較大或可靠性要求較高，可選用集成驅(qū)動(dòng)電路 如驅(qū)動(dòng)GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL 驅(qū)動(dòng)MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110 驅(qū)動(dòng)IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。第9頁(yè)/共25頁(yè)電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù) 9.2.1 過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù) 9.2.2 過(guò)電流保護(hù) 9.2.3 緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2在電力電子電路中，

8、除了主電路設(shè)計(jì)正確，電力在電力電子電路中，除了主電路設(shè)計(jì)正確，電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，du/dt保護(hù)保護(hù)和和di/dt保護(hù)是必要的。保護(hù)是必要的。 第10頁(yè)/共25頁(yè)過(guò)電壓的產(chǎn)生分外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類(lèi): 1.外因過(guò)電壓：a. 操作過(guò)電壓 b雷擊過(guò)電壓 2.內(nèi)因過(guò)電壓：a. 換相過(guò)電壓 b. 關(guān)斷過(guò)電壓過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù) 9.2.1 第11頁(yè)/共25頁(yè)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過(guò)電壓外因過(guò)電

9、壓和內(nèi)因過(guò)電壓 外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外因 (1) 操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起 (2) 雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程 (1) 換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓 (2) 關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。 9.2.1 第12頁(yè)/共25頁(yè) 過(guò)電壓和抑制措施及配置如圖9-10所示。 過(guò)壓抑制的種類(lèi)： a.RC電路 b.壓敏電阻 c.RD

10、C電路圖9-10過(guò)電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RC3閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過(guò)電壓抑制用RCD電路 9.2.1 SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC第13頁(yè)/共25頁(yè)過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流過(guò)載和短路兩種情況 常用措施（圖9-13）電力電子裝置運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。過(guò)電流分過(guò)載和短路兩種，圖9-13給出了各種過(guò)電流保護(hù)措施及其配置位量。圖9-13過(guò)電流保護(hù)措施

11、及配置位置9.2.2負(fù)載觸發(fā)電路開(kāi)關(guān)電路過(guò)電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器第14頁(yè)/共25頁(yè)一般電力電子裝置均同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施： a 電子電路過(guò)流保護(hù)電路，就近保護(hù)功率器件，如SCR，GTR，MOSFET b 快速熔斷器：電子保護(hù)不起作用時(shí)，由快速熔斷完成 c 交流斷路器，前兩種保護(hù)不起作用，由交流熔斷器完成切斷電路。這種保護(hù)最徹底，但速度較慢。過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)9.2.2第15頁(yè)/共25頁(yè) 緩沖電路又稱(chēng)吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt電壓上升率、di/dt電流上升率，減小器件的開(kāi)關(guān)

12、損耗 緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3第16頁(yè)/共25頁(yè) A. 關(guān)斷緩沖電路又稱(chēng)du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt上升率，減小關(guān)斷損耗，典型由RDC元件構(gòu)成。 B. 開(kāi)通緩沖電路又稱(chēng)為di/dt抑制電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt，減小器件的開(kāi)通損耗，典型由RDL器件構(gòu)成。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路 b) 波形緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3a

13、)b)RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制電路無(wú)時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無(wú)緩沖電路時(shí)uCEiC第17頁(yè)/共25頁(yè)關(guān)斷時(shí)的負(fù)載曲線 圖9-15關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線無(wú)緩沖電路時(shí)：uCE迅速升，L感應(yīng)電壓使VD通，負(fù)載線從A移到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移到C。有緩沖電路時(shí)：Cs分流使iC在uCE開(kāi)始上升時(shí)就下降，負(fù)載線經(jīng)過(guò)D到達(dá)C。負(fù)載線ADC安全，且經(jīng)過(guò)的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損耗大大降低。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3在無(wú)緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極在無(wú)緩

14、沖電路的情況下，絕緣柵雙極管管V開(kāi)通電流迅速上升，開(kāi)通電流迅速上升，di/dt很大，很大，也就是所承受的電流應(yīng)力很大。也就是所承受的電流應(yīng)力很大。IGBT關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷時(shí)的du/dt很大，并出現(xiàn)很很大，并出現(xiàn)很高的過(guò)電壓，也就是說(shuō)所承受的電壓高的過(guò)電壓，也就是說(shuō)所承受的電壓應(yīng)力很大。應(yīng)力很大。無(wú)緩沖電路情況下，器件工作在負(fù)載無(wú)緩沖電路情況下，器件工作在負(fù)載線線A-B-C，器件開(kāi)關(guān)損耗很大，可，器件開(kāi)關(guān)損耗很大，可能超安全工作區(qū)。能超安全工作區(qū)。有緩沖電路時(shí)，器件工作在負(fù)載線有緩沖電路時(shí)，器件工作在負(fù)載線A-D-C，器件開(kāi)關(guān)損耗很小，工作在，器件開(kāi)關(guān)損耗很小，工作在安全區(qū)內(nèi)。安全區(qū)內(nèi)。 ADCB無(wú)

15、緩沖電路有緩沖電路uCEiCO第18頁(yè)/共25頁(yè)9.2.39.2.3 緩沖電路緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場(chǎng)合。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖9-16另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路第19頁(yè)/共25頁(yè)9.3 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用第20頁(yè)/共25頁(yè)9.3.1 晶閘管的串聯(lián)問(wèn)題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過(guò)的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分

16、壓不等。動(dòng)態(tài)不均壓：由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。目的目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。第21頁(yè)/共25頁(yè)9.3.1 晶閘管的串聯(lián)靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖9-17晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施動(dòng)態(tài)均壓措施動(dòng)態(tài)均壓措施：選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓。采用門(mén)極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開(kāi)通時(shí)間的差異。第22頁(yè)/共25頁(yè)9.3.2 晶閘管的并聯(lián)問(wèn)題：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。 均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門(mén)極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動(dòng)態(tài)均流。當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí)，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。目的目的：多個(gè)器件并聯(lián)來(lái)承擔(dān)較大的電